面向服務的海軍作戰與仿真一體化構建技術＊

裴曉黎

（海軍裝備部駐上海地區軍事代表局 上海 200083）

1 引言

仿真試驗和作戰實踐，是推動人類軍事活動發展的兩大基本活動。作戰實踐是對仿真試驗的應用和檢驗，是戰爭時期牽引戰斗力建設、推動軍事活動發展的主導性實踐活動；仿真試驗是對作戰實踐的設計和預演，是和平時期牽引軍隊建設的基本實踐活動，對于推動軍事發展起著主導性作用，二者是不可分割的有機整體，辯證統一于戰斗力標準，共同服務于戰斗力建設。為了更好提高系統作戰能力，仿真系統與實際作戰系統之間的統一集成的趨勢愈來愈明顯［1］。

美國國防部（DoD）強調明確指出，軍隊轉型應實現三大目標：1）做好仿真系統與信息系統研制之間的集成；2）根據作戰需求，提供全面系統的聯合試驗，完善聯合試驗的體制和機制；3）發展功能強大的網絡化實兵、虛擬和推演三合一的作戰試驗環境，保障部隊擁有強大的作戰能力?？梢?，美軍極其重視作戰與仿真一體化技術研究［2～3］。

作戰與仿真一體化，是我國海軍實現戰斗力綜合集成和整體提高的必由之路。而作戰系統與仿真系統的建設發展在過去較長的時間內，基本上相互獨立、分離發展的狀態。開展海軍作戰與仿真一體化系統構建，具有極其重要的現實意義。

2 研究現狀

美國海軍將作戰與仿真一體化定義為：在作戰系統、子系統或設備上裝入或增加的能夠使全體艦隊人員更加熟練地掌握各項技能的能力。在該領域較為成功的項目有：艦隊主力戰術訓練系統（Battle Force Tactical Training，BFTT）、宙斯盾作戰訓練系統（Aegis Combat Training System，ACTS）、艦隊主力電子戰訓練系統（Battle Electronic Warfare Training，BEWT）等，以及集中在平臺控制系統上的應用如計算機輔助培訓的艦載訓 練 系 統 （On-Board Training System，OBTS）等［4～5］。

為了實現21世紀的戰略目標，美軍利用作戰與仿真一體化技術研究成果又建立了多個聯合作戰和專業作戰實驗室為各軍種提供大規模的合成訓練或演習，如“奧林匹克挑戰2004”等試驗活動。聯合作戰實驗室的建成標志著美軍自下而上覆蓋全軍的、作戰與仿真一體化試驗體系的全面形成［6～7］。

此外，英、俄、法、瑞典等多國海軍也正在致力于未來海軍作戰與仿真一體化能力的發展。作戰與仿真一體化已成為海軍新軍事技術變革的重要趨勢［8］。

從目前國內軍事系統作戰仿真一體化技術的整體情況來看，雖然經過多年的發展取得了相當的成果和經驗，但和國外研究情況以及信息化作戰要求相比依然存在相當大的差距，主要表現在作戰裝備與仿真系統的技術體制不一致、針對綜合電子信息系統仿真服務集成技術還屬于空白、面向作戰的仿真支撐應用研究還不夠深入、系統能力測評環境、方法、手段有待完善［9～10］。

3 作戰與仿真一體化及構建要點

3.1 形成面向服務的海軍作戰與仿真一體化技術體制

根據海軍作戰與仿真一體化的軍事需求，借鑒SOA層次化軟件架構、DODAF 2.0等先進技術，結合現有技術體制，從服務化大系統的體系結構、仿真資源的服務化封裝與描述、仿真服務集成的標準與規范三個方面開展工作。

其中，在服務化大系統的體系結構建模方面，將借鑒DODAF 2.0標準，重點從服務、能力等多視角建立大系統的體系結構，借鑒SOA的軟件架構，重點建立作戰與仿真一體化應用的層次式軟件體系結構，從系統與軟件體系結構的角度為作戰與仿真一體化集成奠定框架基礎。

在仿真資源的服務化描述方面，將借鑒 Web Service的對象封裝技術，重點建立仿真資源的服務化封裝方法；借鑒本體與語義的概念，重點建立從仿真服務的描述方法，為仿真資源與服務化大系統集成奠定前提。

圖1 面向服務的海軍作戰與仿真一體化技術體制

在仿真服務集成的標準與規范方面，將借鑒SOA服務集成技術，針對仿真服務的特點和描述特性，重點建立仿真服務的訪問機制、仿真服務的組合方法、以及基于仿真服務的作戰業務柔性集成規范等，從技術參考模型、數據交互規范等方面為服務化大系統中作戰與仿真一體化提供集成規范。

3.2 支持面向服務的仿真環境構建與運行管理

借鑒可擴展建模與仿真框架（Extensible Modeling and Simulation Framework，XMSF）的思想，在服務化的仿真基礎環境、面向裝備的仿真服務嵌入技術、仿真與實際系統無縫集成技術三個方面開展工作。

圖2 面向服務的仿真環境構建與運行管理技術

其中，在構建服務化仿真基礎環境方面，突破仿真基礎環境服務化構建技術，基于HLA高層體系結構的現有主流分布式仿真應用框架，重點提取仿真框架中共性的、基礎的支撐功能；其次，借鑒XMSF中 Web-RTI的理念，研究仿真服務運行所需的環境架構、基礎服務和共性支撐服務，建立面向服務的仿真基礎環境。仿真服務基礎運行環境除了注冊服務、發現服務、協同服務等基礎服務以及消息服務、共享服務、數據訪問服務等共性支撐服務外，還主要由仿真模型資源庫以及仿真模型資源管理服務、仿真部署管理服務、仿真計算引擎管理服務、仿真對象管理服務、仿真事件管理服務、仿真時間管理服務等共同構成。

在嵌入面向裝備的仿真服務方面，面向裝備的仿真服務嵌入技術，針對艦載裝備強實時嵌入式特點以及艦艇作戰系統技術體制面向數據分發服務（Data Distribution Service）的發展趨勢，突破基于DDS的仿真系統運行管理技術，具體包含仿真事件的訂閱與發布、仿真對象的注冊與發現、仿真數據的更新與反射、仿真時間的同步等，解決仿真資源嵌入未來海軍實際裝備的問題。

在無縫集成仿真與實際系統方面，針對海軍實際裝備與岸上各類仿真試驗環境孤立建設的現狀，研究仿真系統與實際系統之間的集成模式，建立仿真系統和實裝之間的互聯、互通、互操作技術參考模型，為作戰與仿真一體化應用以及大系統試驗提供環境支撐。

3.3 構建基于服務的作戰與仿真一體化應用系統

通過構建基于服務的作戰與仿真一體化應用系統，在從傳統戰場感知、態勢生成、威脅評估、威脅估計、方案生成、武器打擊到目標毀傷的整個傳統作戰指揮流程的基礎上，增加態勢預測、方案推演、戰果預測、作戰訓練等基于仿真的作戰業務功能。

其中，態勢預測是在當前態勢的基礎上利用仿真模擬手段以及知識推理機制對態勢的演化進行預測，在敵方意圖判斷、威脅評估等指揮決策方面提供輔助支撐。主要基于來自時間序列上的信息來解釋和表示戰場態勢，并且基于對當前態勢信息、軍事條令數據庫及模型數據庫的數據的綜合處理來展現戰場態勢的可能的演變趨勢，以產生形勢與警報，為指揮員形成決心提供重要參考。

方案推演是依據指揮員初步決心以及初步作戰方案，在虛擬仿真空間中，按照對抗雙方作戰企圖、兵力部署、主要作戰任務、作戰強度以及作戰規則，對作戰進程以及作戰進程中可能出現的情況進行逐步推演，用于輔助檢驗作戰計劃的可行性。

戰果預測是按照打擊方式、武器性能以及目標特性，對武器打擊與毀傷過程進行模擬，獲取可能的打擊部位、造成的打擊程度等信息，用于作戰方案的在線優化。

基于仿真的作戰訓練支持技術研究，針對海上作戰特點和作戰任務要求，從作戰訓練支持技術和作戰訓練功能構件的角度，重點開展高逼真對抗訓練環境構建、訓練態勢分布式驅動與統一、海上聯合訓練情節調理、海上作戰訓練效果評估等方面的仿真支撐技術研究。

3.4 開展基于能力的系統指標體系構建與測評

在基于服務的海軍作戰與仿真一體化應用系統構建的基礎上，重點滿足海戰場對空作戰、對潛作戰、對海／對陸作戰等典型作戰任務，實現對新一代海軍軍事信息系統能力的綜合評價，為裝備研制提供指導和依據，重點從海軍武器裝備能力分析、虛實結合的系統試驗環境與試驗方法、系統指標體系構建與評估模型三個方面開展工作。

在海軍電子信息系統裝備能力分析方面，系統能力是指作戰體系整體所表現出來的與對手對抗的能力，它是作戰體系整體在特定的條件下，通過對各種手段和方法進行多種組合運用以完成一系列任務，進而產生預期效果的能力。海軍電子信息系統裝備體系的構成可分為四個層次，即裝備體系級－平臺級－裝備級－關鍵技術級，各層次的簡要介紹見表1。

表1 海軍電子信息系統裝備體系層次表

在虛實結合的系統試驗環境與試驗方法方面，根據海上綜合電子信息系統的能力測試需求，構建虛實結合的系統試驗測試環境。主要由劇情生成、各類仿真虛兵資源、實際設備、半實物仿真設備、紅方控制系統、藍方控制系統、測試與評估系統、模型與知識庫、試驗公共通信中間件、數據采集器等組成。該系統試驗環境支持海戰場的紅藍雙方的虛實兵力在導調控制下進行推演，雙方的兵力行為受各自人機互動指揮的影響，能夠實時做出不同的戰術行為響應。通過采集不同的試驗數據，對海軍武器裝備的對潛、對空、對岸和對海能力進行評估分析，該環境支持復雜作戰背景下的作戰指揮系統試驗的需要，能根據不同假想敵的特點具備注入試驗想定庫手段，創建與“強敵”對抗的環境，可以較真實地感受戰場對抗態勢。該環境既可以完成完全真實環境下的試驗，又可完成虛實疊加或完全模擬環境下的試驗。該環境可以完成單艦、編隊作戰指揮系統的試驗，又可完成編隊協同、遠程目指、岸基指揮等試驗。該環境具備各類試驗的數據采集及評估分析處理能力。

在系統指標體系構建與評估模型方面，海軍武器裝備指標體系構建的基本過程是：通過對對海作戰、對岸作戰、對潛作戰和對空作戰等典型作戰能力進行分析，建立相應作戰任務條件下的對潛打擊能力性能指標、防空能力性能指標、對艦能力性能指標和對岸能力性能指標的屬性進行逐層分解，初步建立各類因素集合；再在上述因素集合中，剔除相互之間高度相關的因素，使剩余的因素保持相對獨立，從而形成面向典型作戰應用的評估指標體系；最后通過評估實踐，不斷修正、調整，從而不斷完善指標體系。

4 發展展望

作戰與仿真一體化技術在作戰研究與演習、教育訓練、指揮決策仿真模擬、信息網絡虛擬（欺騙）戰、武器裝備試驗評估等領域發揮著重大作用。通過系統服務化構建加強仿真技術與武器裝備及其作戰使用過程的無縫集成，是國外武器裝備建設與試驗的一個重要特點，我們應該結合國情，在海軍作戰與仿真一體化技術構建、環境構建、評測體系構建、面向作戰的應用等方面大力加強研究工作。

［1］戴自立.現代艦艇作戰系統［M］.北京：國防工業出版社，1999：18～20

［2］Ship Self-Defense System（SSDS）［EB／OL］.http：／／www.raytheon.com／products／ssds／ref＿docs／ssds.pdf

［3］《Surface Warfare》1999.No.11，No.12

［4］Baker M，Buyya R，Laforenza D.The Grid：International Efforts inGlobal Computing.Intl.Conference on Advances in Infrastructure forElectronic Business，Science，and Education on the Internet（SSGRR'2000），Italy，2000

［5］Technical Note.DoD Architecture Framework and Software Architecture Workshop Report.CMU／SEI.2003.DoD Architecture Framework：VolumeⅠ：Definitions and Guidelines Version 1.0，DoD Architecture Framework Working Group，2004：100～103

［6］DoD Architecture Framework：Volume Ⅱ：Product Description Version 1.0，DoD Architecture Framework Working Group，2004：97～99

［7］DoD Architecture Framework：VolumeⅢ：Desktop Version 1.0，DoD Architecture Framework Working Group，2004：120～130

［8］張建中，吳慧中，韓祥蘭.面向復雜產品的基于仿真采辦系統體系結構研究［J］.計算機輔助設計與圖形學學報，2004，16（2）：197～200

［9］楊明，張冰，馬萍.仿真系統VV＆A發展的五大關鍵問題［J］.系統仿真學報，2003，15（11）：1506～1508

［10］James W.Hollenbach.Department of the Navy（DoN）Corporate Approach to Simulation Based Acquisition（SBA），2000.